Atom-Massen sind der Hauptindikator für die Masse von Elementatomen. Sie werden verwendet, um die Masse einzelner Atome zu beschreiben und die molekularen Massen und die Masse einer Substanz in chemischen Reaktionen zu berechnen. Interessanterweise haben Elementarteilchen - Protonen, Neutronen und Elektronen - eine Masse von Null, aber die daraus resultierenden Atome, die aus diesen Teilchen bestehen, können keine Massenzahlen mehr sein.
Um Atommassen zu bestimmen, wird ein Vergleich von Ionen oder Atomen mit einem bestimmten Standard verwendet. Als Standard wird ein Kohlenstoffatom-12 gewählt, für das die Masse gleich 12 angenommen wird. Die Unterschiede zu diesem Wert beziehen sich auf das Vorhandensein von Isotopen - Atomen eines Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen, was zu einer Veränderung ihrer Masse führt. Zum Beispiel hat Kohlenstoff-14 eine Masse von 14 und Kohlenstoff-13 eine Masse von 13.
Diese Fraktionierung der Atommassen ist eine Folge der durchschnittlichen Masse der Isotope und ihrer Prävalenz. Natürlich haben die meisten Elementatome eine Ganzzahlatommasse, aber Isotope mit einer nicht ganzzahligen Anzahl von Neutronen haben einen signifikanten Einfluss auf die durchschnittliche Atommasse des Elements. Ihre Anwesenheit in der Natur und der Anteil der Isotope bestimmen schließlich die Fraktionierung der Atommassen.
Ursachen von Bruchwerten atomarer Massen
Der Hauptgrund für die Bruchwerte atomarer Massen ist, dass Atome aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen. Protonen und Neutronen befinden sich im Kern eines Atoms und Elektronen bilden eine Wolke um den Kern herum. Die Atommasse wird als Summe der Protonenmassen und Neutronen berechnet.
Die Masse des Protons beträgt etwa 1,0073 atomare Einheiten und die Masse des Neutrons beträgt etwa 1,0087 atomare Einheiten. Somit kann die Gesamtmasse von Protonen und Neutronen einen Bruchwert haben.
Ein weiterer Grund für die Bruchwerte atomarer Massen ist die Existenz von Isotopen. Isotope sind Atome desselben Elements, jedoch mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen. Die Masse der Isotope kann sich aufgrund des Vorhandenseins zusätzlicher oder verlorener Neutronen voneinander unterscheiden.
Auch wenn das durchschnittliche Atomgewicht eines Elements betrachtet wird, wird nicht nur die Masse jedes Isotops berücksichtigt, sondern auch ihre relative Fülle in der Natur. Dies macht die Atom-Massen der Elemente noch komplexer und führt zu Bruchwerten.
Als Ergebnis sind die Bruchwerte der Atommassen das Ergebnis der Existenz von Isotopen, der Merkmale der Struktur des Atoms und der durchschnittlichen Masse des Elements, die die relative Fülle von Isotopen berücksichtigen.
Bilanzierung von Isotopen
Isotope werden normalerweise mit Sonderzeichen wie ^12C oder ^14C gekennzeichnet, wobei der obere Index die Anzahl der Neutronen im Kern angibt.
Isotope haben unterschiedliche Atom-Massen, weil ihre Neutronen zusätzliche Masse in den Kern eines Atoms einbringen.
Die Berücksichtigung von Isotopen in Atom-Massen erfolgt durch Wiegen der relativen Prozentsätze jedes Isotops und Multiplizieren seiner Masse mit dem entsprechenden Prozentsatz des Beitrags zur Gesamtatommasse des Elements.
Zum Beispiel hat Kohlenstoff drei Hauptisotope: ^12C, ^13C und ^14C. ^12C ist das häufigste Kohlenstoffisotop, das etwa 99% aller Kohlenstoffatome in der Natur ausmacht. Seine Atommasse beträgt ungefähr 12 Einheiten. ^13C dieses Elements beträgt etwa 1% und hat eine Atommasse von etwa 13 Einheiten. ^14C hat eine sehr geringe Konzentration in der Natur und wird in der Archäologie und Geologie verwendet, um das Alter von Materialien zu bestimmen.
Daher beträgt die durchschnittliche Atommasse von Kohlenstoff etwa 12,01 Einheiten, wobei alle drei Isotope und ihr prozentualer Gehalt berücksichtigt werden.
Die Buchhaltung von Isotopen ist von großer Bedeutung für die Bewertung der Atommassen der Elemente und liefert genauere Ergebnisse in chemischen Berechnungen und wissenschaftlichen Studien.
Massenzahl und relative Atommasse
Warum haben Massenzahlen und relative Atom-Massen Bruchwerte? Die Antwort auf diese Frage hängt mit der Existenz von Isotopen in der Natur zusammen. Isotope sind Atome desselben Elements mit der gleichen Ordnungszahl, aber mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen im Kern. Isotope haben unterschiedliche Atommassen, daher sind die natürlichen Atome des Elements eine Mischung aus Isotopen mit unterschiedlichen Massen.
Bei der Berechnung der relativen Atom-Masse eines Elements wird das Vorhandensein aller Isotope und ihre relative Anzahl in der Natur berücksichtigt. Daher ist die relative Atommasse der gewichtete Durchschnitt der Isotopenmassen, wobei die relative Menge jedes Isotops in der Natur für den Gewichtungskoeffizienten verwendet wird. Aus diesem Grund kann die relative Atommasse eine Dezimalzahl haben und die durchschnittliche Masse der Atome eines gegebenen Elements in der Natur anzeigen.
Somit werden die Bruchwerte von Massenzahlen und relativen atomaren Massen durch das Vorhandensein von Isotopen und ihren verschiedenen Massen erklärt. Dies ermöglicht eine genauere Beschreibung der Eigenschaften der Elemente und die Durchführung chemischer Berechnungen basierend auf relativen atomaren Massen.
Anmerkung: Die relative Atommasse eines Elements wird normalerweise im Periodensystem der chemischen Elemente angegeben und wird in chemischen Berechnungen zusammen mit anderen Größen wie der Molmasse und der Menge der Substanz verwendet.
Nachteile von Messungen und Rundungen
Die Messung der Atommassen basiert auf der Massenspektrometrie, die es ermöglicht, die relativen Massen von Atomen im Vergleich zur Masse des Kohlenstoffatoms-12 zu bestimmen. Der Prozess der Massenspektrometrie ist jedoch mit einigen Fehlern und Ungenauigkeiten verbunden.
Einer der Hauptgründe für die Fraktionierung der Atommassen ist die Unfähigkeit, die Masse jedes Atoms in der untersuchten Probe genau zu bestimmen. Die Bruchmasse ergibt sich aus der Rundung der erhaltenen Daten. Wenn zum Beispiel die beobachtete Masse eines Atoms 1,0002 atomare Einheiten beträgt, wird sie auf 1,000 atomare Einheiten gerundet.
Das Abrunden von Zahlen ist ein unvermeidlicher Prozess, wenn Messungen durchgeführt werden. Jede Rundung erzeugt jedoch einen Fehler und beeinflusst unweigerlich die Genauigkeit der Quelldaten. Jede nächste Rundung verstärkt den kumulierten Fehler, was zu einer Bruchrate der endgültigen Werte der atomaren Massen führen kann.
Somit ist die Bruchbarkeit der atomaren Massen das Ergebnis eines kombinierten Effekts von Fehlern, die sowohl mit der Messung selbst als auch mit dem Rundungsprozess der erhaltenen Daten verbunden sind.
